鋰電池生產中,漿料混入鐵粉雜質是常見隱形不良源,鐵粉會破壞電芯內部體系,直接造成電池鼓包、內部短路、循環跳水、自放電變大等一系列失效問題。本文講解鐵粉雜質危害機理、故障表現,以及漿料除鐵解決方案,幫助鋰電生產企業規避雜質帶來的批量報廢損失。
鋰電池漿料是鋰電池極片制造的核心,正極、負極漿料對金屬磁性雜質管控極其嚴苛。很多鋰電工廠遇到電芯批量鼓包、微短路、循環壽命快速衰減,排查設備、配方、工藝都找不到根源,才發現問題來自漿料內部混入的鐵粉雜質。
1、鐵粉雜質如何造成電池鼓包
電池漿料里的細微鐵粉,在電芯化成充放電過程中,會發生電化學腐蝕,和電解液發生副反應。反應過程持續產生大量氣體,氣體封閉在密封電芯內部無法排出,隨著循環次數增加,氣體不斷累積,外殼受到內部氣壓擠壓,就出現肉眼可見的電池鼓包。輕微鼓包影響裝配,嚴重鼓包直接電芯報廢,還存在安全隱患。
2、鐵粉造成內部短路、微短路原理
鐵粉屬于導電磁性金屬顆粒。漿料涂布到極片后,鐵粉留在極片涂層上。在電池充放電時,鐵粉會溶解析出金屬鋰枝晶,枝晶持續生長,會穿透隔膜,直接連通正極與負極,造成微短路甚至硬短路。微短路不會立刻起火爆炸,但電池會持續漏電;嚴重短路瞬間大電流,帶來熱失控風險。很多工廠出現電芯靜置自放電大、電壓掉得快,大多就是鐵粉帶來的微短路。
3、鐵粉導致電池性能持續衰減
①金屬鐵離子溶解在電解液中,會在正負極來回遷移,不斷破壞 SEI 膜,SEI 膜反復生成會消耗電解液與活性鋰,造成電池容量快速跳水;②雜質持續副反應增大電芯內阻,充放電發熱加劇,循環壽命快速下降;③電池倍率、一致性變差,同批次電池差異拉大,PACK 整組使用時短板效應明顯。
4、鐵粉從哪里進入電池漿料?
1. 攪拌釜、輸送管道、螺桿泵磨損脫落鐵屑;2. 原材料粉體(正極材料、導電劑、溶劑)自帶鐵粉雜質;3. 設備配件磨損、螺絲碎屑、環境帶入鐵質顆粒。
5、解決思路
鋰電池漿料必須配置高性能除鐵器,在漿料輸送環節過濾去除微細鐵粉、鐵屑雜質,從源頭攔截金屬雜質,降低鼓包、短路不良率,提升電芯良率。